«Из наблюдений мы знаем, что высокие температуры могут нанести вред посевам, но теперь мы гораздо лучше понимаем эти процессы», — говорит Бернхард Шаубергер из Потсдамского института исследований воздействия на климат, ведущий автор исследования. «Компьютерное моделирование, которое мы делаем, основано на надежных знаниях из физики, химии, биологии; на большом количестве данных и сложных алгоритмах. Но они, конечно, не могут представить всю сложность системы сельскохозяйственных культур, поэтому мы называем их моделями. исследования они прошли критическое испытание ". Ученые сравнивают результаты модели с данными реальных наблюдений.
Таким образом, они могут узнать, включают ли они в свои расчеты критические факторы, от температуры до CO2, от орошения до удобрения.Без эффективного сокращения выбросов к 2100 году возможны 20-процентные потери урожая пшеницы.
Каждый день при температуре выше 30 ° C растения кукурузы и сои могут терять около 5 процентов своего урожая. Моделирование показало, что модели фиксируют то, как довольно небольшое увеличение тепла сверх этого порога может привести к резким и значительным потерям урожая.
Такие температуры будут более частыми при неослабевающих климатических изменениях и могут нанести серьезный ущерб продуктивности сельского хозяйства. Без эффективных сокращений выбросов в конце нашего столетия можно ожидать потерь урожая из-за повышенных температур в размере 20 процентов для пшеницы, 40 процентов для сои и почти 50 процентов для кукурузы по сравнению с невысокими температурами.
Эти потери даже не учитывают чрезвычайно высокие температуры выше 36 ° C, которые, как ожидается, еще больше снизят урожайность.Последствия этого выходят далеко за пределы США, одного из крупнейших экспортеров сельскохозяйственных культур: цены на урожай на мировом рынке могут вырасти, что является проблемой для продовольственной безопасности в бедных странах.Орошение может быть средством адаптации — но только в регионах, где достаточно воды.
«Потери существенно сократились, когда мы увеличили орошение полей в моделировании, поэтому водный стресс в результате повышения температуры кажется более важным фактором, чем само тепло», — говорит соавтор Джошуа Эллиотт из Чикагского университета. Когда поступление воды из почвы в растение уменьшается, маленькие отверстия в листьях постепенно закрываются, чтобы предотвратить потерю воды.
Тем самым они предотвращают диффузию CO2 в клетки, который является важным строительным материалом для растений. Кроме того, культуры реагируют на водный стресс, увеличивая рост корней за счет надземной биомассы и, в конечном итоге, урожайности. «Орошение, таким образом, может быть важным средством адаптации для смягчения наиболее серьезных последствий потепления», — говорит Эллиотт. «Однако это, конечно, ограничивается нехваткой водных ресурсов в некоторых регионах».Сжигание ископаемого топлива увеличивает количество CO2 в воздухе.
Обычно это увеличивает эффективность использования воды растениями, поскольку они теряют меньше воды на каждую единицу CO2, взятого из воздуха. Однако это не может быть подтверждено как гарантия урожайности при высоких температурах, утверждают ученые. Дополнительное удобрение CO2 в моделировании не уменьшает падение урожайности, связанное с высокими температурами выше примерно 30 ° C.
Сравнение различных компьютерных симуляций воздействий изменения климата лежит в основе проекта ISIMIP (Проект взаимного сравнения моделирования межсекторальных воздействий), включающего около 100 групп моделирования по всему миру. Моделирование создается в сотрудничестве с AgMIP, международным проектом по взаимному сравнению и усовершенствованию сельскохозяйственных моделей.